تجميد قرص مهتز حتى بلوغ السكون الكمومي سريع
بعد تبريده إلى ما يقارب الصفر المطلق باستخدام الهيليوم السائل هيليوم، بلغ قرص شبه الموصل مستوى منخفضًا جدًا من الإنتروبيا لدرجة أن ارتجاجه الحراري أصبح أقل من فونون واحد — كم الصوت. وتر الغيتار العادي بعد النقر يولد مليارات الفونونات؛ أما هنا فأقل من واحد، وكأنه وتر متجمد في حالة من اللايقين الكمومي: يتحرك ولا يتحرك في آن واحد.
لقياس هذه الحركة المجهرية، قرب الباحثون خيطًا بصريًا رفيعًا من القرص. الضوء الذي لامس القرص تشتت وكشف عن الفونونات. هذه الطريقة — مطيافية الحزم الجانبية لبريلوان — أظهرت أن متوسط ما على القرص هو 0.66 فونون. لكن ضوء القياس نفسه كان يسخن القرص قليلاً، مما أعاق التبريد الكامل — مثل قوس الكمان الذي بدلاً من تهدئة الوتر يزيده ارتجافًا.
هذا التحكم في جسم كبير يمحو الحدود بين عالمنا وعالم الكم. الأنظمة المبردة كموميًا ستصبح قلب المستشعرات القادرة على سماع الموجات الثقالية أو الجزيئات المنفردة.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2511.15492
Although they have enabled several advances in the field of optomechanics, optomechanical disk resonators have not yet been operated in the quantum regime. We present the first experimental demonstration of an optomechanical disk resonator prepared in the quantum ground state. With a gigahertz frequency, the mechanical breathing mode of the investigated semiconductor disk reaches a level of excitation below a single phonon when cooled in a dilution refrigerator. We quantify the phonon occupancy of the mechanical mode by performing Brillouin sideband spectroscopy: a conical optical fiber is evanescently coupled to the disk optical whispering-gallery mode, and Stokes and anti-Stokes photons scattered by phonon emission and absorption are counted on a single-photon detector. We measure a suppression of the absorption process corresponding to a phonon occupancy of $$0.66\pm0.20$$. We experimentally investigate the mechanisms ruling laser-induced heating, which limits the lowest measurable phonon occupancy, and notably witness an extra-cavity heating effect.
يستخدم تبريد القرص مزيجًا من الهيليوم-3 والهيليوم-4 السائلين: عند فصل المزيج، يتم سحب الحرارة — مثلما يبرد العرق المتبخر الجلد، لكن بكفاءة أكبر بكثير.